Osim što su simbol ljubavi i romantike, ruže su poznate po svojim oštrim bodljama koje strše iz stabljike kako bi zaštitile životinje koje žele žvakati pupoljke.
One nisu jedine biljke koje imaju ovaj odbrambeni mehanizam: drugo cvijeće, poput paukovog cvijeća ili kupine, cvjetnog grma koji daje maline i kupine, ima oštre vrhove, kao i određene poljoprivredne biljke poput paradajza, patlidžana, ječma i riže.
Ali kako su sve te vrste, od kojih su mnoge evoluirale odvojeno tokom miliona godina, mogle imati isto bodljikavo obilježje? Tim međunarodnih istraživača otkrio je da odgovor leži u njihovoj DNK, prateći porijeklo do jedne drevne porodice gena koja je odgovorna za bodlje u svim tim varijacijama, prema novoj studiji objavljenoj u četvrtak u časopisu Science, piše CNN.
Otkrića ne samo da otvaraju vrata naučnicima koji žele stvoriti varijante bez bodlji, već također pružaju uvid u evolucijsku historiju izuzetno raznolikog roda biljaka, kažu stručnjaci.
Evolucija bodlji
Suprotno referencama iz pop kulture, ruže nemaju trnje, što su oštri drvenasti vrhovi određenih grmova i drveća, uključujući stabla citrusa. Ruže umjesto toga imaju bodlje koje se formiraju iz kože biljke, slično kao što raste kosa.
Bodlje postoje već najmanje 400 miliona godina, još od vremena kada su se pojavile paprati i njihovi srodnici s nekim rodnim bodljama na stabljikama. Ova se osobina od tada pojavljivala — i nestajala — u različitim tačkama evolucijskog razvoja, rekao je koautor studije Zachary Lippman, biljni biolog i profesor genetike u Laboratoriju Cold Spring Harbor na Long Islandu, New York.
Jedan od najrazličitijih biljnih rodova, poznat kao Solanum — koji uključuje usjeve poput krompira, paradajza i patlidžana — prvi je dobio bodlje prije 6 miliona godina. Danas ovaj rod ima više od 1.000 vrsta koje se pojavljuju diljem svijeta, s oko 400 onih koje se nazivaju "bodljikavi solanum" zbog svojih bodlji, prema Univerzitetu Utah.
Kada se zajednička osobina, poput bodlji, pojavljuje neovisno u različitim lozama i vrstama, to je poznato kao konvergentna evolucija, a događa se kada se vrste na sličan način prilagođavaju određenim potrebama okoliša. Krila su još jedan primjer značajke koja je evoluirala na ovaj način među različitim vrstama ptica, kao i drugim životinjama poput šišmiša, pa čak i nekih vrsta vjeverica koje imaju strukturu sličnu krilima, rekao je Lippman, koji je također istraživač na Medicinskom institutu Howard Hughes.
Bodlje i trnje razvijena su odbrana protiv biljojeda — životinja koje jedu biljke — a također mogu pomoći u rastu i zadržavanju vode, prema studiji. Prethodno nije bilo poznato šta je tačno uzrokovalo da paprat i druge nesrodne biljke razviju bodlje. Sada su autori studije otkrili da je drevna porodica gena poznata kao Lonely Guy, ili LOG, služila kao vratar za tu osobinu, uključivajući je i isključujući je kod različitih vrsta tokom miliona godina.
Lonely Guy geni
Uklanjanjem bodlji s raznih vrsta, uključujući ruže i patlidžane, autori su otkrili da je LOG gen odgovoran za bodlje u oko 20 proučavanih vrsta biljaka. Geni povezani s LOG-om nalaze se u svim biljkama, čak i od mahovina, koje se smatraju prvom biljkom na suhom, rekao je Lippman. Geni su odgovorni za aktiviranje hormona poznatog kao citokinin koji je važan za osnovne funkcije biljke na ćelijskom nivou, uključujući diobu i širenje ćelija, što zauzvrat utječe na rast biljke.
“Nije da je postojao jedan zajednički predak koji je imao bodlje, a zatim je zračio preko 400 miliona godina do svih ovih ostalih, a onda su se sporadično izgubili. Zapravo, čini se da ih je vrlo lako dobiti u različitim lozama,” rekao je Lippman. "Sada, pitanje je koliko često konvergentna evolucija nije samo osobina koju vidimo, već geni koji stoje iza te osobine?"
Dodao je: “Naša je studija, mislim da je vjerovatno prva koja stvarno pokazuje snagu tih alata (genetskog i genomskog sekvenciranja) da prijeđu tako široku evolucijsku udaljenost da se postavi ovo vrlo klasično pitanje o konvergentnoj evoluciji u evoluciji organizama biljaka ili životinja”.
Ovo otkriće predstavlja vrijedan alat za istraživače koji istražuju stepen zaštite koju bodljike nude protiv biljojeda. Ovaj nivo odbrane prije je bilo teško procijeniti budući da ručno uklanjanje bodlji s već odraslih biljaka — kako bi se ispitalo jesu li ranjivije bez njih — oštećuje tkivo i može ugroziti zdravlje biljaka, rekao je Tyler Coverdale, asistent profesora bioloških nauka sa Univrziteta Notre Dame koji nije bio dio nove studije.
"Uklanjanjem bodlji ciljanim genetskim mutacijama, možemo potpunije razumjeti ekološku ulogu fizičke odbrane biljaka", rekao je Coverdale.
"Bodlje su ključne u evoluciji što biljkama omogućava da prežive biljojede, zbog čega se mnogi bodljikavi Solanum nalaze u područjima s historijski velikom raznolikošću biljojeda. Bez ove ključne inovacije, moguće je da bi Solanum bio mnogo ograničeniji u svom rasponu i raznolikosti.”
Genetsko uklanjanje bodlji
Prije ovog otkrića, druga metoda uklanjanja bodlji s biljaka bila je pokušaj uzgoja biljke ukrštavanjem s onom koja je prirodno izgubila bodlje, rekao je Lippman, zbog čega danas postoje neke vrste ruža bez bodlji.
Ali sada kada je identificiran gen odgovoran za bodlje, naučnici mogu ukloniti bodlje koristeći tehnike uređivanja genoma kao što je CRISPR, metoda koju naučnici koriste za modificiranje DNK živih organizama. Ciljano uređivanje gena može s lakoćom stvoriti više varijacija i ima manje posljedica na rast biljke i proizvodnju plodova, rekao je Coverdale.
"Ova studija ne samo da nam govori više o evoluciji bodlji, već nam daje i uvid u mehaniku kako projektirati razvojne puteve biljaka za poboljšanje poljoprivrede", rekla je Vivian Irish, biljna biologinja i profesorica na odjelu Univerziteta Yale molekularne, ćelijske i razvojne biologije. Irish nije bio dio nove studije, ali je bio viši autor studije iz 2020. koja je otkrila da trnje raste na biljkama kroz aktivnost matičnih stanica.
“(LOG geni) su opetovano kooptirani (biološki pomak u funkciji svojstva) u različitim biljnim vrstama za formiranje bodlji, a također su opetovano izgubljeni u linijama gdje su bodlje izgubljene. … (C)o-opcija na mnogo različitih nivoa može biti prirodno pravilo, a ta inovacija u mnogim slučajevima može odražavati ponovnu upotrebu starih gena na nove načine,” dodala je.
Za poljoprivredne svrhe, uklanjanje bodlji moglo bi olakšati žetvu i otvoriti put za dostavljanje manje poznatih proizvoda u trgovine.
Primjer koji autori koriste su pustinjske grožđice, bobice koje se uzgajaju na bodljikavom grmlju porijeklom iz Australije. S uklonjenim bodljama, bobica bi se mogla uzgajati s puno većom lakoćom i bila bi sličnija običnom bobičastom voću iz trgovine kao što su borovnice i jagode, rekao je Lippman.
"Radi se zapravo o tome da imamo više znanja… i razumijemo koliko su mutacije bile važne da nam daju hranu koju jedemo u onoj mjeri u kojoj je jedemo, i znajući da vani postoji više potencijala", rekao je Lippman. "Što više razumijemo pozadinu, što više vidimo 'ispod haube' to ćemo imati više prilika za ugađanje sistema ili motora, ako hoćete, kako bismo ga učinili još boljim."
